EP1730463A1 - Rahmenteil für einen röhrenwärmetauscher - Google Patents

Rahmenteil für einen röhrenwärmetauscher

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Publication number
EP1730463A1
EP1730463A1 EP05715692A EP05715692A EP1730463A1 EP 1730463 A1 EP1730463 A1 EP 1730463A1 EP 05715692 A EP05715692 A EP 05715692A EP 05715692 A EP05715692 A EP 05715692A EP 1730463 A1 EP1730463 A1 EP 1730463A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frame part
thermal expansion
tubes
heat exchanger
exchanger according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05715692A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Helms
Roland Hemminger
Volker Kurz
Chi-Duc Nguyen
Wolfgang Reier
Michael Spieth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle Behr GmbH and Co KG
Original Assignee
Behr GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr GmbH and Co KG filed Critical Behr GmbH and Co KG
Publication of EP1730463A1 publication Critical patent/EP1730463A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/001—Casings in the form of plate-like arrangements; Frames enclosing a heat exchange core
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/26—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for allowing differential expansion between elements

Definitions

  • the present invention relates to a frame part for a tubular heat exchanger.
  • Tube heat exchangers consist of a number of tubes running parallel to each other, through which a heat exchange medium flows.
  • the parallel tubes form a tube body.
  • Such side parts with expansion beads are only suitable for the expansion compensation in the longitudinal direction. Nevertheless, the presence of at least one expansion bead as a weakening of the longitudinal stiffness of the frame part is not sufficient to achieve a complete decoupling of the tube body and the frame part. In addition, the production of side parts with expansion beads is associated with a high level of production effort and great demands on the forming tools.
  • a frame part for a tube heat exchanger has a number of tubes running parallel to one another, which form a tube body and through which a heat exchange medium flows.
  • the tube body is surrounded by frame parts on at least two sides running parallel to the tubes.
  • Such a deflection in the shape of the frame part has the effect that not only is there a reduced longitudinal rigidity, but also flexibility in the direction transverse to the course of the frame part.
  • This enables not only thermal expansion of the tube body along the direction of the course of the tubes, but also in a transverse direction thereto. to catch.
  • the introduction of temperature-induced stresses on the tubes due to different thermal expansion between the tube body and frame parts is avoided.
  • the roots of the tubes on other components which may have been produced by welding or soldering, are relieved of stress, an increased quality and reduced leakage of the tubes in these areas are advantageously achieved.
  • thermal expansion element provides that it consists of the material of the frame part itself.
  • the frame part including the thermal expansion element consists of components with the same physical behavior and, if, according to an advantageous embodiment, it is integrally connected to the frame part on at least one side, can be produced from one piece of material.
  • Particularly preferred embodiments of the invention provide that the frame part and the thermal expansion element are connected to one another on both sides of the thermal expansion elements, so that the entire unit can be produced from a single piece of material.
  • the thermal expansion element is essentially ⁇ -shaped, the thermal expansion element protruding, in particular away from the tubes, out of the plane of the frame part.
  • a height offset can be formed in the area of the thermal expansion element in the plane of extension of the frame part on both sides of the thermal expansion element. Such a height offset has the advantage that the frame part has different heights, for example between a collecting body in which the. Can open tubes and balance the tubes themselves and at the same time has a high flexibility and low rigidity both in this vertical direction and in the longitudinal direction of the frame part.
  • Another advantageous embodiment of the invention provides that two ⁇ -shaped sections are formed one behind the other, the curvature sections of which preferably lie on the opposite sides of the frame part.
  • the thermal expansion element can, in particular, Include a height offset in the plane of extension of the frame part on both sides of the thermal expansion element.
  • Such a double ⁇ -shaped design makes it possible to integrate a large length of material into the thermal expansion element and thus, particularly in the longitudinal direction of the frame part, to integrate a high thermal expansion capacity.
  • a further embodiment of the invention provides that the thermal expansion coefficient of the frame part in the area of the thermal expansion element is at most the same, preferably less than the thermal expansion coefficient of the tubes. This measure ensures that the stretchability of the frame part in the direction of extension of the tubes is at most the same, preferably less, and thus a load due to different thermal expansion between the frame part and the tubes is largely avoided. With such a configuration, an adaptation to the thermal behavior of the tubes in the event of temperature fluctuations is achieved not only by the low mechanical rigidity of the frame part, but also by the correspondingly high thermal expansion in the region of the expansion element.
  • the thermal expansion element is designed as at least one web, which does not extend across the entire width of the frame part.
  • the thermal expansion element preferably consists of two such webs, which run on both sides at the edge of the frame part. This measure on the one hand results in a lower mechanical rigidity and thus a better extensibility of the frame part in the area of the thermal expansion element in the longitudinal direction of the frame part, and on the other hand saves material in an advantageous manner, which leads to a lower weight of the frame part, which is a desired advantageous measure represents. Due to the marginality of two webs, a closed, straight outer contour of the frame part is maintained at the same time.
  • a thermal expansion element is formed in at least one section of the frame part corresponding to an end region of the tubes. This is preferably the area of a loading Fastening, in particular welding or soldering, the pipes on another body, such as a manifold or a distributor pipe.
  • the tube body of a heat exchanger extends in particular between a distributor pipe and a header pipe, the inflowing heat exchange medium first being led into the distributor pipe and the mass flow being distributed through the distributor pipe to the different tubes of the pipe body, thereby increasing the surface area of the heat-conducting elements, which promotes heat exchange becomes.
  • the partial flows are collected again in the collecting pipe and the total flow is brought together.
  • the tubes of the tube body are fastened on both sides by welding or soldering into corresponding perforations on the distributor tube and header tube.
  • these fastening points represent particular weak points with regard to the mechanical rigidity of the tubular heat exchanger.
  • the thermal expansion element is formed in particular in this end region of the tubes, a high flexibility of the frame part is generated here.
  • the frame part extends in particular between the header pipe and the distributor pipe over the entire length of the pipes and in particular has a thermal expansion element on both sides in the end region of the pipes.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the outer ribs surrounding the tubes are thermally contacted with these tubes.
  • These outer ribs are in particular oriented transversely to the longitudinal direction of the tubes and are in particular terminally at least on the one hand against a frame part and are preferably connected to this.
  • the thermally contacted outer ribs increase the heat exchange surface, whereby the heat transfer between the outer ribs takes place through heat conduction in the material.
  • the attachment can advantageously be done by brazing. A closed body is thus created by the frame parts.
  • this is reduced between the thermal expansion elements to a meandering material web, which preferably has laterally protruding, flat, material tongues aligned in the plane of the frame part. It is in particular possible for the outer ribs surrounding the tubes to be connected to the frame part in the region of the material tongues, in particular by welding or soldering.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a frame part according to the invention
  • Figure 2 is a side view and top view of a second embodiment of a frame part according to the invention, a height offset being integrated in the frame part in the region of the expansion element;
  • FIG 3 shows a heat exchanger with a frame part according to Figure 2;
  • Figure 4 shows a further embodiment of a frame element according to the invention.
  • Figure 5 shows a heat exchanger with a frame part according to Figure 4.
  • FIG. 1 shows the frame part 10, which is divided into two outer sections 12 and a middle piece 13 by the two thermal expansion elements 11 integrated into the frame part.
  • the thermal expansion element 13 is formed from a web 14 which describes an essentially ⁇ -shaped curve and extends to the edge, that is to say the outer contour of the frame part 10.
  • the width of the web 14 is less than the width of the frame part 10, so that a web 14 is arranged on both sides of the edge and a middle cut 15 is located between them, which is free of material.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section and a top view of another frame part 10 in a sectional view.
  • thermal expansion element 11 which is formed from two webs 14, between a central piece 13 and an outer section 12, the webs 14 running at the edge in relation to the outer section 12, while the central piece 13 has a greater width than the outer section 12 having.
  • central section 15 between the two webs 14 which is free of material. This saves material and weight and reduces mechanical rigidity.
  • the design of the frame part in FIG. 2 essentially corresponds to the design of the frame part in FIG. 1.
  • the thermal expansion element 11 there is a height offset h between the outer section 12 and the center piece 13.
  • FIG. 3 shows the mounting position of a frame part 10 according to FIG. 2 on a heat exchanger 30.
  • the heat exchanger 30 is laterally limited by the distributor pipe 31 into which the heat exchange medium flows and a header pipe 32 from which the heat exchange medium flows again between the distributor pipe 31 and the collecting pipe 32 are parallel tubes, which are not shown in detail, as well as outer ribs running transversely to the tubes and forming the tube body 33.
  • the center piece 13 of the frame part 10 extends along the course of the tube body and parallel to the course of the tubes in the tube body, while a heat expansion element 11 is formed in each case in the transition between the collecting tube 32 and the tube body 33 or the distributor tube 31 and the tube body 33, for example from the FIG. 2 can be seen and connects the middle piece 13 of the frame part 10 to an outer section 12, which is located on the outside and which is fastened to the collecting pipe 32 or distribution pipe 31.
  • the distributor pipe 31 and the collecting pipe 32 expand especially in the vertical direction, while the tubes of the tubular body 33, especially in the E 'rstreckungscardi of the frame member 10, ie in the longitudinal direction, to change.
  • the variability in the height offset h compensates for the different expansion in the vertical direction, while the ⁇ - Shape of the thermal expansion element 11 takes place in the longitudinal direction in the course of the tubes.
  • the thermal expansion elements 11 of the frame part 10 are located in particular in the section in which the transition between the distributor pipe 31 or the collector pipe 32 and the tubes of the tube body 33 is given, which is a particular structural weak point.
  • Figures 4 and 5 show a further embodiment of a frame part according to the invention, here again the frame part 10 has two outer sections 12 and a center piece 13, which are connected to each other via a thermal expansion element 10, which is a multiple of the material thickness of the material of the frame part 10 deviates from the plane of the frame part 10, which is defined in particular by the plane of the center piece 13.
  • the center piece 13 of the frame part 10 is reduced to a meandering material web 16, from which material tongues 17 project in sections, which bear against the tube body 33 of the heat exchanger 30 and are attached to it.
  • Figure 4 shows a sectional view corresponding to Figure 2
  • Figure 5 shows a perspective partial view of a heat exchanger corresponding to Figure 3.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rahmenteil für einen Röhrenwärmetauscherscher. Dabei sollen die Rahmenteile derart ausgestaltet werden, dass bei verein­fachter Herstellbarkeit der Rahmenteile gleichwohl ein vollständiger Deh­nungsausgleich in Längsrichtung und darüber hinaus auch in Querrichtung des Rahmenteils gewährleistet ist. Ein Rahmenteil für einen Röhrenwärmetauscher gemäß der Erfindung weist eine Anzahl von parallel zueinander verlaufenden Röhren auf, welche einen Röhrenkörper bilden und von einem Wärmetauschmedium durchströmt wer­den. Dabei wird der Röhrenkörper wenigstens an zwei zu den Röhren paral­lel verlaufenden Seiten von Rahmenteilen umgeben. Dabei ist wenigstens bei den Rahmenteilen, die zu den Röhren parallel ausgerichtet sind, zumin­dest ein Wärmedehnelement eingeformt, welches in einer Auslenkung des Materials des Rahmenteils um wenigstens ein Vielfaches dessen Material­stärke beträgt.

Description

BEHR GmbH & Co. KG Mauserstraße 3, 70469 Stuttgart
Rahmenteil für einen Röhrenwärmetauscher
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rahmenteil für einen Röhrenwärmetauscher.
Röhrenwärmetauscher bestehen aus einer Anzahl von parallel zueinander verlaufenden Röhren, die von einem Warmetauschmedium durchströmt wer- den. Die parallel zueinander verlaufenden Röhren bilden einen Röhrenkörper. Aus Gründen der Stabilität, der Handhabbarkeit und der Montage solcher Röhrenwärmetauscher ist es üblich, dass der Röhrenkörper wenigstens an zwei zu den Röhren parallel verlaufenden Seiten von Rahmenteilen umgeben ist.
Im Rahmen von im Betrieb des Röhrenwärmetauschers auftretenden Wärmelastspielen erfolgt eine unterschiedliche thermische Belastung und somit eine unterschiedliche thermische Ausdehnung von Rahmenteilen und Röhrenkörper. Dabei wird das Problem um so gravierender, je größer die Länge der Röhren ist. Sind die Rahmenteile und die äußeren, zu Rahmenteilen benachbarten Röhren des Röhrenwärmetauschers dabei zueinander feststehend gelagert, treten insbesondere im Ansatzbereich der Röhren Spannungsspitzen auf, die die Dichtigkeit des Röhrenwärmetauschers insbesondere im Ansatzbereich der Röhren gefährden. Um diesen Spannungsspit- zen, die insbesondere an den äußeren, den Rahmenteilen benachbarten Röhren auftreten, entgegenzuwirken, ist es üblich, in den Rahmenteilen Dehnsicken für den Dehnungsausgleich in Längsrichtung der Rahmenteile vorzusehen.
Derartige Seitenteile mit Dehnsicken sind nur für den Dehnungsausgleich in Längsrichtung geeignet. Dennoch ist das Vorhandensein von wenigstens einer Dehnsicke als Abschwächung der Längssteifigkeit des Rahmenteils nicht ausreichend um ein vollständiges Entkoppeln von Röhrenkörper und Rahmenteil zu erreichen. Darüber hinaus ist das Erzeugen von Seitenteilen mit Dehnsicken mit einem hohen Aufwand bei der Herstellung und großen Anforderungen an die Umformwerkzeuge verbunden.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die Rahmenteile derart zu gestalten, dass bei vereinfachter Herstellbarkeit der Rahmenteile gleichwohl ein vollständiger Dehnungsausgleich in Längsrichtung und darüber hinaus auch in Querrichtung des Rahmenteils gewährleistet ist.
Die der Erfindung zu. Grunde liegende Aufgabe wird durch einen Röhrenwärmetauscher gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst.
Ein Rahmenteil für einen Röhrenwärmetauscher gemäß der Erfindung weist eine Anzahl von parallel zueinander verlaufenden Röhren auf, welche einen Röhrenkörper bilden und von einem Warmetauschmedium durchströmt werden. Dabei wird der Röhrenkörper wenigstens an zwei zu den Röhren paral- lel verlaufenden Seiten von Rahmenteilen umgeben. Dabei ist wenigstens bei den Rahmenteilen, die zu den Röhren parallel ausgerichtet sind, zumindest ein Wärmedehnelement eingeformt, welches in einer Auslenkung des Materials des Rahmenteils um wenigstens ein Vielfaches dessen Materialstärke beträgt.
Eine solche Auslenkung in der Form des Rahmenteils bewirkt, dass nicht nur eine verringerte Längssteifigkeit, sondern auch eine Flexibilität in der Richtung quer zum Verlauf des Rahmenteils entsteht. Hierdurch wird es ermöglicht, nicht nur Wärmeausdehnung des Röhrenkörpers längs der Richtung des Verlaufs der Röhren, sondern auch in einer Querrichtung dazu aufzu- fangen. Gleichzeitig wird das Einleiten von temperaturveränderungsbeding- ten Spannungen auf die Röhren auf Grund unterschiedlicher Wärmeausdehnung zwischen Röhrenkörper und Rahmenteilen vermieden. Insbesondere die Wurzeln der Röhren an anderen Bauteilen, die unter Umständen durch Schweißen oder Löten erzeugt wurden, werden spannungsentlastet, eine erhöhte Qualität und verminderte Undichtigkeiten der Röhren in diesen Bereichen werden in vorteilhafter Weise erreicht.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Wärmedehnelements sieht vor, dass es aus dem Material des Rahmenteils selbst besteht. Dies bedeutet, dass das Rahmenteil samt Wärmedehnelement aus Komponenten gleichen physikalischen Verhaltens besteht und dann, wenn es gemäß vorteilhafter Ausgestaltung wenigstens auf einer Seite einstückig mit dem Rahmenteil verbunden ist, aus einem Materialstück hergestellt werden kann. Besonders bevor- zugte Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass Rahmenteil und Wärmedehnelement beidseitig der Wärmedehnelemente einstückig miteinander verbunden sind, so dass die gesamte Einheit aus einem einzigen Materialstück herstellbar ist.
Gemäß weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist das Wärmedehnelement im Wesentlichen Ω-förmig gestaltet, wobei das Wärmedehnelement insbesondere von den Röhren weg aus der Ebene des Rahmenteils herausragt. Gemäß bevorzugter weiterer Ausgestaltung kann im Bereich des Wärmedehnelements ein Höhenversatz in der Erstreckungsebene des Rah- menteils beiderseits des Wärmedehnelements ausgebildet sein. Ein solcher Höhenversatz hat den Vorteil, dass das Rahmenteil unterschiedliche Höhen, beispielsweise zwischen einem Sammelkörper, in welchen die. Röhren einmünden und den Röhren selber ausgleichen kann und gleichzeitig eine hohe Flexibilität und geringe Steifigkeit sowohl in dieser Hochrichtung als auch in Längserstreckungsrichtung des Rahmenteils aufweist.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass hintereinander zwei Ω-förmige Teilabschnitte gebildet sind, deren Krümmungsabschnitte vorzugsweise auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Rahmenteils liegen. Dabei kann das Wärmedehnelement insbesondere ei- nen Höhenversatz in der Erstreckungsebene des Rahmenteils auf den beiden Seiten des Wärmedehnelements mit einschließen. Eine solche doppel- Ω-förmige Gestaltung ermöglicht es, eine große Materiallänge in das Wärmedehnelement mit zu integrieren und somit, insbesondere in Längsrichtung des Rahmenteils, eine hohe thermische Dehnfähigkeit mit zu integrieren.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der thermische Dehnungskoeffizient des Rahmensteils im Bereich des Wärmedehnelements höchstens gleich, vorzugsweise kleiner als der thermische Dehnungskoeffi- zient der Röhren ist. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass die Dehnfähigkeit des Rahmenteils in Erstreckungsrichtung der Röhren höchstens gleich, vorzugsweise geringer ist und somit eine Belastung auf Grund unterschiedlicher Wärmeausdehnung zwischen Rahmenteil und Röhren weitgehend vermieden wird. Es wird bei einer solchen Ausgestaltung also nicht nur durch geringe mechanische Steifigkeit des Rahmenteils, sondern auch durch entsprechend hohe Wärmedehnung im Bereich des Dehnelements eine Anpassung an das thermische Verhalten der Röhren bei Temperaturschwankungen erreicht.
Gemäß weiterer Ausgestaltungen der Erfindung ist das Wärmedehnelement als wenigstens ein Steg ausgebildet, der sich nicht über die gesamte Breite des Rahmenteils hinweg erstreckt. Vorzugsweise besteht das Wärmedehnelement aus zwei solchen Stegen, die beiderseits randständig zum Rahmenteil verlaufen. Durch diese Maßnahme wird zum einen eine geringere mechanische Steifigkeit und somit eine bessere Dehnfähigkeit des Rahmenteils im Bereich des Wärmedehnelements in Längsrichtung des Rahmenteils erreicht, zum anderen wird in vorteilhafter Weise Material eingespart, was zu einem geringeren Gewicht des Rahmenteils führt, welches eine erwünschte vorteilhafte Maßnahme darstellt. Durch die Randständigkeit von zwei Stegen wird dabei gleichzeitig eine geschlossene, geradlinige Außenkontur des Rahmenteils aufrechterhalten.
Gemäß weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wärmedehnelement in wenigstens einem, einem Endbereich der Rohre entsprechenden Abschnitt des Rahmenteils ausgebildet. Dies ist vorzugsweise der Bereich einer Be- fefstigung, insbesondere Schweiß- oder Lötbefestigung, der Rohre an einem anderen Körper, wie einem Sammelrohr oder einem Verteilerrohr. Der Röhrenkörper eines Wärmetauschers erstreckt sich insbesondere zwischen einem Verteilerrohr und einem Sammelrohr, wobei das anströmende Wärme- tauschmedium zunächst in das Verteilerrohr geführt wird und durch das Verteilerrohr der Massenstrom auf die unterschiedlichen Röhren des Röhrenkörpers verteilt wird, wodurch eine den Wärmeaustausch fördernde Oberflächenvergrößerung der Wärmeleitelemente erreicht wird. Im Sammelrohr werden die Teilströme wieder gesammelt und der Gesamtstrom zu- sammengeführt. Bei vielen Ausgestaltungen, insbesondere sogenannten Monoblockwärmetauschem sind die Röhren des Röhrenkörpers jeweils beidseitig durch Schweißen oder Löten in entsprechende Lochungen am Verteilerrohr und Sammelrohr befestigt. Insbesondere diese Befestigungsstellen stellen besondere Schwachpunkte hinsichtlich der mechanischen Steifigkeit des Röhrenwärmetauschers dar. Dadurch, dass das Wärmedehnelement insbesondere in diesem Endbereich der Röhren ausgebildet ist, wird hier eine hohe Flexibilität des Rahmenteils erzeugt. Das Rahmenteil erstreckt sich insbesondere zwischen dem Sammelrohr und dem Verteilerrohr über die gesamte Länge der Röhren hinweg und weist insbesondere beiderseits im Endbereich der Rohre jeweils ein Wärmedehnelement auf.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Röhren umgebende thermisch mit diesen Röhren kontaktierte Außenrippen vorgesehen sind. Diese Außenrippen sind insbesondere quer zur Längs- richtung der Röhren ausgerichtet und liegen insbesondere endständig wenigstens einerseits an einem Rahmenteil an und sind mit diesem vorzugsweise verbunden. Die thermisch kontaktierten Außenrippen erhöhen die Wärmeaustauschfläche, wobei die Wärmeübertragung zwischen den Außenrippen durch Wärmeleitung im Material erfolgt. Um eine sichere Lage der Außenrippen und guten Halt der endseitig abstehenden Außenrippen zu gewährleisten, werden diese an dem Rahmenteil befestigt. Das Befestigen kann dabei vorteilhafterweise durch Hartlöten erfolgen. Durch die Rahmenteile wird also ein abgeschlossener Körper geschaffen. Gemäß weiterer, besonders materialsparender und leichter Ausgestaltung des Rahmenteils ist dieses zwischen den Wärmedehnelementen auf einen mäanderförmigen Materialsteg reduziert, welcher vorzugsweise lateral abragende, flächenförmige, in der Ebene des Rahmenteils ausgerichtete Mate- rialzungen aufweist. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Röhren umgebenden Außenrippen im Bereich der Materialzungen mit dem Rahmenteil verbunden sind, insbesondere durch Verschweißen oder Löten.
Nachfolgend ist die Erfindung auch anhand der in der Zeichnung dargestell- ten Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei zeigt:
Abbildung 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rahmenteils;
Abbildung 2 eine Seitenansicht und Aufsicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rahmenteils, wobei hier im Bereich des Dehnelements ein Höhenversatz in das Rahmenteil integriert ist;
Abbildung 3 einen Wärmetauscher mit einem Rahmenteil gemäß Figur 2;
Abbildung 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rahmenelements; und
Abbildung 5 einen Wärmetauscher mit einem Rahmenteil gemäß Figur 4.
Die Figur 1 zeigt das Rahmenteil 10, das durch die zwei in das Rahmenteil integrierten Wärmedehnelemente 11 in zwei äußere Abschnitte 12 und ein Mittelstück 13 unterteilt wird. In dem vergrößerten Teilausschnitt ist zu er- kennen, dass das Wärmedehnelement 13 aus einem Steg 14 gebildet wird, der eine im Wesentlichen Ω-förmige Kurve beschreibt und sich bis hin zum Rand, also der äußeren Kontur des Rahmenteils 10, erstreckt. Dabei ist die Breite des Steges 14 geringer als die Breite des Rahmenteils 10, so dass beidseitig am Rand jeweils ein Steg 14 angeordnet ist und sich dazwischen ein Mittelschnitt 15 befindet, der materialfrei ist. Die Figur 2 zeigt einen Längsschnitt und eine Aufsicht auf ein anderes Rahmenteil 10 in Ausschnittsdarstellung. Dabei befindet sich zwischen einem Mittelstück 13 und einem äußeren Abschnitt 12 ein Wärmedehnelement 11 , welches aus zwei Stegen 14 gebildet ist, wobei die Stege 14 zum äußeren Abschnitt 12 randständig in der Kontur verlaufen, während das Mittelstück 13 eine größere Breite als der äußere Abschnitt 12 aufweist. Auch hierbei ist zwischen den beiden Stegen 14 ein Mittelabschnitt 15 gegeben, der materialfrei ist. Hierdurch wird eine Material- und Gewichtsersparnis erzielt sowie die mechanische Steifigkeit reduziert. Im Übrigen entspricht die Gestaltung des Rahmenteils der Figur 2 im Wesentlichen der Gestaltung des Rahmenteils der Figur 1. Allerdings ist im Bereich des Wärmedehnelements 11 ein Höhenversatz h zwischen dem äußeren Abschnitt 12 und dem Mittelstück 13 gegeben.
Die Figur 3 zeigt die Montagelage eines Rahmenteils 10 gemäß der Figur 2 an einem Wärmetauscher 30. Der Wärmetauscher 30 wird von dem Verteilerrohr 31 , in das das Wärmetauschermedium zuströmt und einem Sammelrohr 32, von dem aus das Wärmetauschermedium wieder abströmt, seitlich begrenzt, wobei sich zwischen Verteilerrohr 31 und Sammelrohr 32 parallel verlaufende Röhren, welche im Einzelnen nicht dargestellt sind, sowie quer zu den Röhren verlaufende Außenrippen befinden und den Röhrenkörper 33 bilden.
Längs des Verlaufes des Röhrenkörpers und parallel zum Verlauf der Röhren im Röhrenkörper erstreckt sich das Mittelstück 13 des Rahmenteils 10, während im Übergang zwischen Sammelrohr 32 und Röhrenkörper 33 bzw. Verteilerrohr 31 und Röhrenkörper 33 jeweils ein Wärmedehnelement 11 ausgebildet ist, wie es beispielsweise aus der Figur 2 ersichtlich ist und das Mittelstück 13 des Rahmenteils 10 mit einem jeweils außenliegenden äußeren Abschnitt 12 verbindet, welcher am Sammelrohr 32 bzw. Verteilerohr 31 befestigt ist.
Ändert sich die Temperatur des den Wärmetauscher durchströmenden Wär- metauschmediums, so dehnt sich Verteilerrohr 31 und Sammelrohr 32 vor allem in der Hochrichtung, während sich die Röhren des Röhrenkörpers 33 vor allem in der E'rstreckungsrichtung des Rahmenteils 10, also in Längsrichtung, ändern. Es ist somit eine Längenänderung in zwei verschiedenen, von einander unabhängigen Richtungen gegeben, wobei insbesondere die Längenänderung des Verteilerrohrs 31 eine andere ist als die des Röhrenkörpers 33. Über die Variabilität im Höhenversatz h wird die unterschiedliche Ausdehnung in Hochrichtung ausgeglichen, während über die Ω-Form des Wärmedehnelements 11 der Austausch in Längsrichtung im Verlauf der Röhren stattfindet.
Die Wärmedehnelemente 11 des Rahmenteils 10 befinden sich dabei insbesondere in dem Abschnitt, in dem der Übergang zwischen dem Verteilerrohr 31 bzw. dem Sammelrohr 32 und den Röhren des Röhrenkörpers 33 gegeben ist, welcher eine besondere konstruktive Schwachstelle ist.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Rahmenteils, wobei auch hier wiederum das Rahmenteil 10 zwei äußere Abschnitte 12 und ein Mittelstück 13 aufweist, welche über jeweils ein Wärmedehnelement 10 miteinander verbunden sind, das um ein Mehrfaches der Materialstärke des Materials des Rahmenteils 10 aus der Ebene des Rahmenteils 10, welche insbesondere durch die Ebene des Mittelstücks 13 definiert wird, abweicht. Dabei ist aus Stabilitäts- und Gewichtsgründen und um eine gute thermische Flexibilität des Rahmenteils 10 zu gewährleisten, das Mittelstück 13 des Rahmenteils 10 auf einen mäanderförmigen Material- steg 16 reduziert, von welchem abschnittsweise Materialzungen 17 abragen, welche an dem Röhrenkörper 33 des Wärmetauschers 30 anliegen und mit diesem befestigt sind. Dabei zeigt die Abbildung 4 eine der Abbildung 2 entsprechende Schnittdarstellung, während die Abbildung 5 eine - der Figur 3 entsprechende perspektivische Teildarstellung eines Wärmetauschers zeigt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Röhrenwärmetauscher, bei dem ein W rmetauschmedium eine Anzahl von parallel zueinander verlaufenden, einen Röhrenkörper (33) bildenden Röhren durchströmt, wobei der Röhrenkörper (33) wenigstens an einer zu den Röhren parallel verlaufenden Seite von einem Rahmenteil (10) benachbart ist, dadurch gekennzeichnet, dass we- nigstens bei den Rahmenteilen (10), die zu den Röhren parallel ausgerichtet sind, Ω-förmige Wärmedehnelemente (11) eingeformt sind, welche um ein Mehrfaches der Materialstärke des Materials des Rahmenteils aus der Ebene des Rahmenteils ausgelenkt ist.
2. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch, gekennzeichnet, dass die Wärmedehnelemente (11) aus dem Material des Rahmenteils (10) sind.
3. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Wärmedehnelemente (11) wenigstens auf einer Seite einstückig mit dem Rahmenteil (10) verbunden sind.
4. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ω-förmige Wärmedehnelement (11) einen Höhenver- satz (h) in der Erstreckungsebene des Rahmenteils (10) beiderseits des Wärmedehnelements (11) umfasst.
5. Röhrenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hintereinander zwei Ω-förmige Teilab- schnitte gebildet sind, deren Krümmungsabschnitte vorzugsweise auf den einander gegenüberliegenden Seiten des Rahmenteils (10) liegen, wobei das Wärmedehnelement (11) insbesondere einen Höhenversatz (h) in der Erstreckungsebene des Rahmenteils (10) auf den beiden Seiten des Wärmedehnelements (11 ) mit einschließt.
6. Röhrenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Dehnungskoeffizient des Rahmenteils (10) im Bereich des Wärmedehnelements (11) höchstens gleich dem thermischen Dehnungskoeffizienten der Röhren ist.
7. Röhrenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmedehnelement (11) als wenigstens ein Steg (14) ausgebildet ist, der sich nicht über die gesamte Breite des Rahmenteils (10) erstreckt, vorzugsweise aus wenigstens zwei Stegen (14) gebildet wird, die insbesondere beidseitig des Rahmenteils (10) randständig sind.
8. Röhrenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmedehnelement (11) in einem Endbereich der Rohre entsprechenden Abschnitt des Rahmenteils (10) ausgebildet ist, vorzugsweise im Bereich einer Schweißbefestigung der Rohre an einem anderen Körper wie einem Sammelrohr (32) oder einem Verteilerrohr (31).
9. Röhrenwärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits im Endbereich der Rohre entsprechenden Abschnitt des Rahmenteils (10) jeweils Wärmedehnelemente (11) ausgebildet sind.
10. Röhrenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Röhren thermisch kontaktierte Außenrippen vorgesehen sind, die insbesondere quer zur Längsrichtung der Röhren ausgerichtet sind und vorzugsweise endständig we- nigstens einerseits an einem Rahmenteil (10) anliegen, insbesondere mit diesem verbunden sind.
11. Röhrenwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmenteil (10) in Abschnitten zwischen Ω-förmigen Wärmedehnelementen (11) auf mäanderförmige Materialstege (16) reduziert ist, welche vorzugsweise lateral abragende, flächenförmige, in der Ebene des Rahmenteils (10) ausgerichtete Materialzungen (17) aufweist.
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